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Verfahren zur Herstellung von porösen, keramischen Stoffen Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von porösen, keramischen Stoffen
aus beim Brennen Hohlräume bildenden Blähtonen, vorzugsweise Glaukonit, durch Erhitzen
des Gutes in einem mehrstufigen Verfahrensgang auf eine Temperatur von etwa 1100
bis 1200° C.
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Die Verwendung von beim Brennen Hohlräume bildenden Stoffen ist bekannt,
wobei diese gebrannten, porösen Stoffe beispielsweise als Zuschlagstoffe für Beton
verwendet werden oder als Füllmassen zu Isolierzwecken. Üblicherweise wird bei diesen
bekannten Verfahren von Pellets oder Stücken ausgegangen, die erhitzt werden, wobei
am Ende des Erhitzungsvorganges der Blähvorgang erfolgt. Dieser Blähvorgang wird
bei bekannten Verfahren dadurch hervorgerufen und unterstützt, daß dem Ton Zusatzmittel
zugegeben werden, wie Sulfitablauge, Sulfate, Karbonate, Schweröle usw., die nach
Ansicht von Fachleuten eine ausschlaggebende Rolle für den eigentlichen Blähvorgang
darstellen.
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Nach Ansicht anderer Fachleute wird der Blähvorgang dadurch hervorgerufen,
daß sich Sauerstoffgas entwickelt, welches durch die bei 1100 bis 1200° C einsetzende
spontane Umwandlung von dreiwertigem in zweiwertiges Eisen in Freiheit gesetzt wird.
Hierbei entsteht aus 6 Fe203 .--> 4 Fe30, -f- 0,
Es ist offensichtlich, daß
je nach dem vertretenen Standpunkt hinsichtlich der Ursache des eigentlichen Blähvorganges
verschiedene Verfahren in Anwendung sind, die entsprechend diesen verschiedenen
Ansichten aufgebaut und gesteuert werden. Für die vorliegende Erfindung soll nur
die letzte genannte Theorie gültig sein, da sich das erfindungsgemäße Verfahren
auf diese Theorie bezieht.
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Es ist bereits bekanntgeworden, beim Herstellen von porösem, tonerdehaltigem
Gut ein wenigstens zweistufiges Verfahren einzusetzen, daß im wesentlichen so arbeitet,
daß insbesondere das granulierte Rohmaterial zunächst in einer Drehtrommel mit großer
Verweildauer langsam auf eine Trocknungstemperatur von 800° C erhitzt wird und dann
-in einem auf Sintertemperatur, d. h. etwa 1100 bis 2200° C gehaltenen Drehrohrofen
mit kurzer Verweilzeit des Gutes gebläht wird. Entscheidend bei der Durchführung
dieses Verfahrens ist, daß der Temperaturbereich zwischen 800 und 1100° C übersprungen
wird. Hierdurch soll erreicht werden, daß zwar eine Austrocknung des Gutes, nämlich
bis 800° C, erfolgt, daß dann aber durch Überführen des Gutes in einen Ofen mit
1100° C auf den Granulaten schnell eine Schicht gebildet wird, die glasartig ist
und ein Versiegeln der Poren bewirkt, so daß das im Gut entstehende Gas nicht entweichen
kann. Hinsichtlich der Art der Atmosphäre in den beiden Brennstufen ist bei diesem
bekannten Verfahren nichts vorgeschrieben und nichts bekannt.
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Weiterhin ist es bekanntgeworden, bei einem zweistufig arbeitenden
Verfahren in der ersten Stufe einen Schachtofen zu verwenden und in der zweiten
Stufe einen vibrierenden oder oszillierenden Ofenboden einzusetzen, wobei die Körner
in dieser zweiten Stufe in einer dünnen Schicht vorliegen sollen, wobei keines der
Körner mit einem anderen Korn Kontakt haben darf. Die Aufgabe dieses Verfahrens
besteht darin, ein Aneinanderhaften des Gutes zu vermeiden, wobei die Gefahr des
Aneinanderhaftens nur im letzten Teil des Brennvorganges vorliegt, nämlich dann,
wenn die Außenschicht des Gutes erweicht, während im ersten Teil des Brennverfahrens,
nämlich bis etwa 500°C, ein Erweichen nicht zu befürchten sei, so daß dort mit Erfolg
ein Schachtofen eingesetzt werden kann, der eine Transportschnecke enthalten soll,
die die Abwärtsbewegung des Gutes sicherstellt. Durch die Ofenhöhe und die mechanische
Transportschnecke werden aber Abriebpartikelchen gebildet, die leicht mit kieselsäurehaltigen
Bestandteilen der Abriebpartikelchen zu fayalitischen Schmelzen Anlaß geben. Außerdem
ist ein oxydierender Brand in einem Schachtofen nicht zu garantieren.
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Schließlich ist schon vorgeschlagen worden, daß Ausgangsmaterial,
nämlich vorgetrockneten Ton oder Ölschiefer, in ruhendem Zustand mittels sauerstofffreier
bzw. sauerstoffarmer Gase bis zur absoluten Trocknung zu erhitzen und anschließend
dieses Granulat
in einem bewegten Teil einer Brennanlage bis zur
Erreichung der für die Blähung erforderlichen Plastizität über den Schmelzpunkt
hinaus zu erhitzen und schließlich zu blähen.
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Bei allen diesen bekannten Verfahren wird keine Rücksicht darauf genommen,
wie die chemischen Abläufe im eigentlichen Blähton sind, und man hat sich bisher
damit zufrieden gegeben, daß am Ende der letzten Brennstufe ein geblähter Ton vorhanden
ist, der mehr oder weniger große Druckfestigkeiten aufweist, insbesondere dann,
wenn dieser Ton als Wärmeisolierung oder als Zuschlagstoff für Bitumen oder Asphaltmassen
dienen soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zuschlagstoff für
Betonbauten, und zwar sogar für konstruktive Hochbetonbauten, zu schaffen, d. h.
einen Zuschlagstoff, der erhebliche Druckfestigkeiten aufweist, beispielsweise von
300 bis 500 kg pro Quadratzentimeter. Will man solche hohen Druckfestigkeiten erreichen,
müssen insbesondere die chemischen Bedingungen während des Brennverfahrens sehr
genau beobachtet, d. h. der chemischen Umsetzung des Eisenoxyds während des ganzen
Brennverfahrens sehr genau Rechnung getragen werden. Es wurde bereits ausgeführt,
daß der eigentliche Blähvorgang auf eine spontane Umwandlung oder Umsetzung des
dreiwertigen in zweiwertiges Eisen bedingt wird, und zwar bei einer Temperatur zwischen
1100 und 1200° C. Hier tritt also der Fall ein, daß das dreiwertige Eisen in zweiwertiges
Eisen übergeht, wobei Sauerstoff frei wird. Will man einen guten Blähvorgang erzielen,
ist also Bedingung, daß vor Erreichen der eigentlichen Blähtemperatur, d. h. niedriger
als 1100 bis 1200° C, alles im Ausgangsmaterial vorhandene Eisenoxyd in dreiwertiges
. Eisen aufoxydiert ist, so daß sich dieses Eisen nunmehr umsetzen kann. Erfolgt
in der ersten Verfahrensstufe, d. h. in der Temperaturzone von Null bis zur unteren
Grenze der Blähtemperatur, eine ungenügende Aufoxydation, so liegt im Ausgangsmaterial
beim Erreichen der Blähtemperatur noch zu viel zweiwertiges Eisen vor, welches als
Flußmittel wirkt und die Zähigkeit der Schmelze vermindert, so daß dann die Gasbläschen
zu großen Gasblasen führen und zu einem technisch wertlosen Produkt Anlaß geben.
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Grundsätzlich muß also das Bestreben so sein, daß die erste Verfahrensstufe
unbedingt oxydierend gefahren wird und daß die zweite Verfahrensstufe so gehalten
wird, daß kein freies CO vorhanden ist, welches bestrebt wäre, Sauerstoff an sich
zu reißen. Sauerstoffüberschuß braucht in der letzten Stufe nicht vorhanden zu sein.
Ausgehend von dieser grundlegenden Erkenntnis wird nunmehr gemäß der -Erfindung
vorgeschlagen, daß das in Form von Pellets vorliegende Rohmaterial in der ersten
Verfahrensstufe beispielsweise auf einem Sinterband, d. h. einer Einrichtung, die
einen oxydierenden Brand garantiert, mit großem Luftüberschuß bis etwa 900° C erhitzt
wird. An diese erste Verfahrensstufe schließt sich dann ein Drehrohrofen an, in
welchem das Material, ohne daß großer Sauerstoffüberschuß nötig ist, auf die eigentliche
Blähtemperatur erhitzt wird, wobei nun der Blähvorgang erfolgt. Diese zweite Verfahrensstufe
wird also so gehalten, daß kein freies CO vorhanden ist. Diese Kombination von Sinterband
und Drehrohrofen hat den großen Vorteil, daß in der ersten Verfahrensstufe garantiert
eine oxydierende Atmosphäre gewährleistet ist. Wird nach den bekannten Verfahren
mit Drehrohröfen in der ersten Stufe gearbeitet - die zumindest nicht sicher oxydierend
gefahren werden können -, so bilden sich in diesen Drehrohröfen immer wieder reduzierende
Strähnen, die zu den oben angeführten, nachteiligen Bildungen im Ausgangsmaterial
führen. Der Einsatz eines kurzen, gut beherrschbaren Drehrohrofens in der zweiten
Stufe, d. h. in der Stufe, in welcher das Material in die Schmelzphase kommt, hat
den Vorteil, daß ein Aneinanderbacken des Materials mit Sicherheit vermieden wird,
insbesondere dann, wenn gemäß einem älteren Vorschlag das Ausgangsmaterial mit einer
Oberschicht versehen wird. Der Einsatz eines Sinterbandes in dieser zweiten Stufe,
ebenso wie der Einsatz eines oszillierenden oder vibrierenden Ofenbodens ist nachteilig,
denn einmal erfolgt hier ein Aneinanderhaften der einzelnen Pellets aneinander oder
aber die Durchsatzmenge des Gutes wird so gering, daß nicht mehr wirtschaftlich
gearbeitet werden kann.
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Mit dem Vorschlag gemäß der Erfindung wird also einmal ein sicherer
chemischer Ablauf garantiert, zum anderen ein Verfahrensaufbau geschaffen, der große
Durchsatzmengen gewährleistet, trotz Einhalten der chemischen Notwendigkeiten, wie
oxydierende Atmosphäre, Temperaturbedingungen usw., so daß also mit diesem Vorschlag
ein Verfahren geschaffen wird, welches großindustriell durchführbar ist und ein
Material gewährleistet, wie es auch bei kleinen Versuchen im Tiegel usw. erzielt
wird, d. h., welches also die gleichen Festigkeiten und günstigen Eigenschaften
aufweist wie das Versuchsmaterial.
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Beim Einsatz eines Drehrohrofens wurde dann weiterhin festgestellt,
daß es unbedingt erforderlich ist, daß das im Drehrohrofen vorhandene Gut rollen
kann, d. h., daß das vorhandene Gut gleichmäßig mit der im Ofen vorhandenen heißen
Atmosphäre in Berührung kommt, dadurch, daß es immer wieder an der Ofenwand abrollt.
Außerdem muß darauf geachtet werden, daß ein Abrutschen des Gutes an der Ofenwand
vermieden wird. Dieses Abrutschen wird durch Überlastung bedingt und verhindert
die gleichmäßige Durchoxydation. Sind in einem Drehrohrofen verschiedene Fraktionen,
beispielsweise auch nur zwei, nämlich große und kleine Pellets, so konnte festgestellt
werden, daß die großen Pellets schneller durchrollen, während die kleinen Pellets
zu lange im Ofen verbleiben, d. h. der Durchsatz der kleinen Peilets dauert länger
als der der großen. Da die Brenntemperatur und die Verweiizeit des Gutes im Ofen
auf das am Ofenende auskommende Material eingestellt wird, wird also zwingend dieser
Ofen auf die großen Pellets eingestellt, so daß die kleinen Pellets überbrannt werden.
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Diese Nachteile werden gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung
dadurch vermieden, daß das Sinterband, auf welchem es keine Rolle spielt, welche
Fraktionen und Korngrößen vorhanden sind, mit zwei voneinander getrennten Fraktionen
beschickt wird und daß dieses Sinterband am Ende zwei voneinander getrennte Drehrohröfen
speist, nämlich Drehrohröfen, die jeweils nur mit einer bestimmten Korngröße, d.
h. also eng klassiert, beaufschlagt werden. Durch dieses Merkmal werden gleichzeitig
die bisher vorhandenen Nachteile beim Einsatz eines Ofens allein vermieden. Der
Einsatz eines Sinterbandes hat außer dem oben bereits geschilderten
Vorteil
hinsichtlich der chemischen Verfahrensführung noch weiterhin den Vorteil, daß es
mit geringen technischen Mitteln möglich ist, ein solches Sinterband mehrspurig
zu fahren, beispielsweise zwei- oder dreispurig, so daß dann nur ein Aggregat erforderlich
sein muß, was sich bei Erstellen einer großindustriellen Anlage kostengünstig auswirkt,
während am Ende ein oder zwei oder drei kurze Drehöfen vorhanden sind, die nunmehr
die verschiedenen Fraktionen aufnehmen und kurz brennen. In kurzen, einen großen
Durchmesser aufweisenden Drehrohröfen ist es bekanntlich leicht, eine oxydierende
Brennatmosphäre zu gewährleisten.
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Diese oxydierende Brennatmosphäre kann mit Sicherheit dadurch erreicht
werden, daß vor dem Drehrohrofen eine sogenannte Vorbrennkammer angeordnet ist,
die gewährleistet, daß eine vollständige Verbrennung der Flamme stattfindet, so
daß Strähnen reduzierender Gase im Drehrohrofen vermieden werden. Hierdurch kann
die oxydierende Atmosphäre im Drehrohrofen sicher erreicht werden.
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Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß der Vorschlag gemäß
der Erfindung, nämlich der Einsatz eines Sinterbandes und eines - oder mehreren
- Drehrohrofen bei einem zweistufigen Verfahren gegenüber dem bisher eingesetzten
Verfahren bedeutende Vorteile hat, daß ein solches Verfahren bisher auch nicht bekannt
ist, trotzdem bereits mehrere zweistufig arbeitende Verfahren bekannt sind, und
daß schließlich insbesondere der Einsatz eines Sinterbandes Vorteile aufweist, die
sich auch ohne Berücksichtigung der dadurch bereits erzielten chemischen Vorteile
Merkmale besitzen, die durch die bisher bekannten zweistufigen Verfahren, die entweder
mit einem Drehrohrofen in der ersten Stufe oder mit einem Schachtofen in der ersten
Stufe arbeiten, nicht erreicht werden konnten.